חנקן חד חמצני וזרימת דם

כמו יצורים מורכבים ורב-תאיים אחרים המאכלסים את עולם החי, בני אדם עשויים מאוסף של תאים שונים, שכולם זקוקים לחמצן ולחומרי הזנה כדי לשרוד ולתפקד כראוי.

יצורים פרימיטיביים יותר, כמו מדוזות , המכילים רק שכבה אחת או מעט שכבות של תאים, יכולים פשוט לקבל חמצן וחומרי הזנה ישירות מהסביבה שלהם באמצעות תהליך של דיפוזיה (פעפוע). הם משתמשים באותו תהליך כדי להיפטר מתוצרי פסולת (למשל, פחמן דו-חמצני).

אסטרטגיה זו הופכת למסובכת יותר ככל שהיצורים גדולים ומורכבים יותר. כדי לפתור בעיה זו, בעלי חיים כמו דגים, זוחלים ויונקים (כולל בני אדם) פיתחו מערכות מחזור דם המפיצות חמצן וחומרי הזנה לתאים שונים באמצעות נוזל הובלה מיוחד– דם.

מערכות מחזור הדם של בעלי חיים מורכבת בדרך כלל ממשאבה (הלב), צינורות (כלי דם – עורקים וורידים) ואיבר לקליטת חמצן ופליטת פחמן דו-חמצני (הריאות או זימים בדגים). בבני אדם ויונקים אחרים, הדם נשאב על ידי הצד הימני של הלב לריאות, שם הוא מתחמצן. לאחר מכן הוא חוזר לצד השמאלי של הלב, משם הוא נשאב הלאה דרך העורקים כדי לספק לרקמות ולאיברים חמצן וחומרי הזנה. זרימת הדם לרקמות גם עוזרת להסיר תוצרי פסולת שאולי הצטברו.

נקודות מפתח:

• דפנות כלי הדם שלך (עורקים וורידים) עשויות משכבות שונות של תאים.
• הציפוי הפנימי של כלי הדם שלך (הנקרא 'אנדותל') עשוי מתאי אנדותל וסקולריים.
• חנקן חד-חמצני מיוצר על ידי תאי אנדותל וסקולריים.
• חנקן חד-חמצני הוא מולקולה וזודילטורית – היא מרחיבה כלי דם כדי להגביר את זרימת הדם.

מעניין לציין שתאי הקרנית (השכבה הקדמית השקופה של העין) הם החלק היחיד בגוף האדם שאין לו אספקת דם. במקום זאת, תאים אלה מקבלים חמצן על ידי דיפוזיה מהאטמוספירה החיצונית, תוך ספיגת חומרי הזנה מהנוזל בתוך העין.

מדוע אנחנו צריכים להגביר את זרימת הדם לחלקים שונים בגוף?

נניח, שבמקום לקרוא את הבלוג הזה, פתאום התחלת לעשות סדרה של כפיפות זרוע. שרירי הזרוע שלך עובדים עכשיו הרבה יותר קשה ממקודם ולכן זקוקים ליותר חמצן וחומרי הזנה (למשל גלוקוז) כדי להמשיך להתכווץ.

במילים אחרות, לשרירים המתאמנים שלך יש דרישות אנרגיה גדולות יותר. כדי לעמוד בדרישות האנרגיה המוגברות הללו, הגוף שלך יצטרך לספק לשרירים שלך יותר דם.

התכווצות השרירים גם מייצרת תוצרי לוואי שונים, כמו פחמן דו-חמצני, חומצה לקטית, ADP ויוני מגנזיום. אם מאפשרים לתוצרי לוואי אלה להצטבר, הם יכולים לשנות את הסביבה המיידית של תאי השריר, ולהשפיע לרעה על יכולתם להתכווץ ולתפקד ביעילות. כתוצאה מכך, השרירים שלך זקוקים לזרימת דם מוגברת גם כדי להסיר ולהעביר תוצרי לוואי כאלה כדי שיופרשו או יעברו מטבוליזם נוסף.

בהתחשב בפעילות המשתנה של רקמות שונות במהלך יום רגיל, הגוף שלך משחק ללא הרף משחק איזון מורכב שבו הוא מתאים את זרימת הדם לדרישות האנרגיה של רקמות שונות.

מחקרים מראים שבמהלך אימון אינטנסיבי זרימת הדם לשרירים העובדים גדלה פי 50-100

נקודות מפתח:
רקמות ואיברים עם דרישות אנרגיה גדולות יותר זקוקים לזרימת דם גדולה יותר.
שרירים מתאמנים זקוקים לזרימת דם גדולה יותר כדי לספק חמצן וחומרי הזנה להתכווצות השרירים.
שרירים מתאמנים זקוקים גם לזרימת דם גדולה יותר כדי למנוע הצטברות של תוצרי פסולת.

איך אנחנו מגבירים את זרימת הדם לשרירים המתאמנים?

יש שתי דרכים עיקריות שבהן אנחנו יכולים להגביר את זרימת הדם לשרירים המתאמנים. ראשית, אנחנו יכולים פשוט לגרום ללב לפעום בקצב מהיר יותר. אם פתאום תבצע 20 שכיבות סמיכה ואז תבדוק את הדופק שלך, תבחין שקצב הלב שלך האיץ משמעותית. זה קורה כדי לספק דם לשרירי החזה, התלת-ראשי, הליבה ושרירים אחרים שעובדים.

למרות זאת, בעוד שקצב לב מהיר יותר בהחלט יגביר את כמות הדם הזורמת דרך העורקים בכל רגע נתון, זה לא בהכרח מבטיח שהדם הזה הולך לאן שהוא נחוץ ביותר – במקרה זה, לשרירים המתאמנים.

כאן נכנסים כלי הדם שלך לתמונה. הדרך השנייה שבה הגוף שלך יכול להגביר או להפחית את זרימת הדם לאיבר או רקמה מסוימים היא על ידי הרחבה או צמצום בהתאמה של העורקים המספקים את אותו איבר (או רקמה).

איך הוא עושה את זה? בתוך דפנות העורקים שלך (וחלק מהוורידים) יש טבעות של סוג מיוחד של שריר הנקרא שריר חלק וסקולרי. כאשר השריר החלק הוסקולרי מתכווץ, כלי הדם מצטמצם והחלל (החור במרכז כלי הדם) נהיה קטן יותר ומאפשר פחות דם לזרום. אנו קוראים לתהליך זה: וזוקונסטריקציה. – היצרות כלי דם. לעומת זאת, כאשר השריר החלק הוסקולרי נרפה, כלי הדם מתרחב והחלל מתרחב, מאפשר ליותר דם לזרום דרכו. תהליך זה נקרא וזודילטציה – הרחבת כלי דם. ישנם מספר מנגנונים שונים שבאמצעותם נגרמת וזודילטציה, חלקם כוללים מולקולה חשובה הנקראת חנקן חד-חמצני (no),

נקודות מפתח:
קצב הלב שלך מואץ כדי להגביר את זרימת הדם לשרירים המתאמנים.
אתה מרחיב את כלי הדם (תהליך הנקרא 'וזודילטציה') כדי להגביר את זרימת הדם לשרירים המתאמנים.
חנקן חד-חמצני (NO) משחק תפקיד מפתח בוזודילטציה, במיוחד במהלך פעילות גופנית.

מהו חנקן חד-חמצני (NO) והיכן הוא מיוצר?

חנקן חד-חמצני הוא מולקולת איתות קטנה המיוצרת על ידי תאים שונים בגוף, כולל תאי עצב במוח (נוירונים), תאי מערכת החיסון ותאים הנמצאים בציפוי של כלי הדם. בכל הנוגע להגברת זרימת הדם לאיברים ולרקמות, אנחנו מתעניינים בעיקר בקבוצה האחרונה .

במקום מבנה אחיד, דפנות כלי הדם שלנו מורכבות משכבות שונות. כפי שהוזכר קודם, אחת מהשכבות הללו (השכבה האמצעית) מכילה שריר חלק וסקולרי. השכבה הפנימית ביותר, כלומר זו שנמצאת במגע ישיר עם הדם הזורם דרך החלל, נקראת אנדותל. האנדותל המצפה את העורקים והוורידים שלך מורכב מתאים מיוחדים הנקראים תאי אנדותל וסקולריים – אלה התאים שמייצרים ומשחררים חנקן חד-חמצני.

כפי שיוסבר בקרוב, חנקן חד-חמצני מתפשט מתאי האנדותל הוסקולריים לשכבה האמצעית של דפנות כלי הדם, שם הוא פועל על תאי השריר החלק הוסקולרי כדי לגרום לוזודילטציה. בהקשר זה, אנחנו יכולים לסווג את החנקן החד-חמצני כחומר וזודילטור – הוא מרחיב את כלי הדם ומגביר את זרימת הדם.

נקודות מפתח:

דפנות כלי הדם שלך (עורקים וורידים) עשויות משכבות שונות של תאים.

הציפוי הפנימי של כלי הדם (הנקרא 'אנדותל') עשוי מתאי אנדותל וסקולריים.

חנקן חד-חמצני מיוצר על ידי תאי אנדותל וסקולריים.

חנקן חד-חמצני הוא מולקולה וזודילטורית – היא מרחיבה כלי דם כדי להגביר את זרימת הדם.

איך חנקן חד-חמצני (NO) מיוצר?

חנקן חד-חמצני מיוצר מחומצת האמינו, L-arginine. כחומצת אמינו שאינה חיונית, הגוף שלך יכול לייצר L-arginine בעצמו, אך היא נמצאת גם במזונות שונים, כולל: הודו, פירות ים, תרד, פולי סויה, עדשים, בוטנים וגרעיני דלעת. L-arginine זמין גם כתוסף תזונה. כדי לייצר חנקן חד-חמצני, תאי האנדותל הוסקולריים שלך מייצרים אנזים הנקרא סינתאז חנקן חד-חמצני (NOS), אשר ממיר L -arginine לחנקן חד-חמצני. כדי שאנזים ה-NOS ייצר חנקן חד-חמצני ביעילות, הוא זקוק גם למולקולות אחרות . אחד מהם אלה הוא –  BH4. (tetrahydrobiopterin)

תוצר לוואי של יצירת NO הוא  L-citrulline שכמו L-arginine, הוא חומצת אמינו נוספת. מעניין לציין שניתן למחזר L-citrulline בחזרה ל-L-arginine, שאז יכול לשמש את ה-NOS (סינתאז חנקן חד-חמצני) לייצור עוד חנקן חד-חמצני. זו הסיבה שחלק מהספורטאים נוטלים תוספי L-citrulline.

כדאי לציין שכלי הדם שלנו מייצרים שתי צורות שונות של NOS. צורה אחת פעילה באופן מתמיד ומייצרת חנקן חד-חמצני באופן קבוע. אנו קוראים לצורה זו: constitutive NOS  (cNOS / NOS III).

הצורה האחרת של NOS היא ברובה לא פעילה בנסיבות רגילות, אך מופעלת בזמן דלקת. אנו קוראים לצורה זו: inducible NOS ( iNOS / NOS II).

כשמדובר בקידום וזודילטציה וזרימת דם במהלך פעילות גופנית, אנחנו מתעניינים בעיקר בצורה של cNOS / NOS III. מכאן והלאה, כשאנחנו מתייחסים ל-NOS, אנחנו מדברים ספציפית על cNOS / NOS III.

נקודות מפתח:

• סינתאז חנקן חד-חמצני (NOS) הוא שם האנזים שמייצר NO.
• חנקן חד-חמצני (NO) מיוצר מחומצת האמינו – L-ארגינין.
• L-ארגינין יכול להיווצר מחומצת אמינו אחרת – L-ציטרולין.
• NOS דורש מולקולות אחרות (קופקטורים) כדי לעבוד – אחד מאלה הוא BH4.
• cNOS (NOS III) אחראי לייצור NO להרחבת כלי דם במהלך פעילות גופנית.

מה גורם לייצור חנקן חד-חמצני (NO)?

דמיין שוב שאתה מבצע 20 שכיבות סמיכה (או אם יש לך זמן ונטייה, אתה יכול למעשה לעשות אותן במציאות!) הלב שלך יפעם מהר יותר ובכוח רב יותר, ויגרום לדם לזרום דרך העורקים בקצב מהיר יותר.

כאשר הדם זורם מהר יותר, הוא למעשה יוצר כוח חיכוך כנגד הציפוי הפנימי של דופן כלי הדם. כוח זה, מגרה את תאי האנדותל הוסקולריים (על ידי גרימת כניסת סידן לתאים אלה) ומפעיל את אנזים ה-NOS.

הפעלת ה-NOS גורמת ליצירה מהירה של חנקן חד-חמצני (NO), אשר מוביל להרחבת כלי הדם (וזודילטציה) והגברה נוספת של זרימת הדם. זהו מנגנון מאוד מתוחכם להעלאה מהירה ומשמעותית של זרימת הדם לשרירים המתאמנים.

דבר נוסף שקורה כשאתה מבצע שכיבות סמיכה (או כל אימון אחר לעניין זה) הוא שהשרירים העובדים ייצרו מולקולה הנקראת אדנוזין. על פני השטח של תאי האנדותל הוסקולריים שלך (המצפים את כלי הדם שלך) נמצאים קולטני אדנוזין מיוחדים. כאשר אדנוזין נקשר לקולטנים אלה, הוא גם מפעיל NOS ומגרה את היווצרות החנקן החד-חמצני (NO). שוב, זה מוביל לוזודילטציה והגברת זרימת הדם.

בנוסף לקולטני אדנוזין, לתאי האנדותל הוסקולריים שלך יש גם קולטנים למולקולות שונות אחרות (למשל אצטילכולין, ברדיקינין, חומר P). מולקולות אלה, המכונות 'וזואקטיביות', כולן בסופו של דבר גורמות לוזודילטציה דרך גירוי ה-NOS ויצירת חנקן חד-חמצני (NO).

בסך הכל, יש שני גורמים עיקריים לשחרור NO על ידי תאי אנדותל וסקולריים:
הגברת זרימת הדם דרך כלי דם.
מולקולות 'וזואקטיביות' אחרות הנקשרות לקולטנים.

נקודות מפתח:

• עליות בזרימת הדם במהלך פעילות גופנית מגרות תאי אנדותל וסקולריים לייצר יותר NO.
• מולקולות אחרות (למשל אדנוזין, ברדיקינין, אצטילכולין) יכולות גם להיקשר לתאי אנדותל וסקולריים ולגרות אותם לייצר יותר NO.

איך NO גורם להרחבת כלי הדם (וזודילטציה) ?

ראינו איך NO מיוצר על ידי תאי אנדותל וסקולריים בציפוי הפנימי של כלי הדם . אבל איך בדיוק זה מוביל להרחבת כלי הדם? כדי לענות על זה, אנחנו צריכים להסתכל על השכבה האמצעית של דפנות כלי הדם. בשכבה זו נמצאות טבעות של שריר חלק, הנקרא שריר חלק וסקולרי.

לאחר שנוצר על ידי NOS בתאי האנדותל שלך, חנקן חד-חמצני (NO) מתפשט לתוך תאי השריר החלק הוסקולרי שלך. כאן הוא מגרה אנזים הנקרא guanlyl cyclase  , המייצר מולקולה הנקראת cGMP.. דרך מנגנונים שונים (הכוללים יוני סידן, יוני אשלגן ואנזימים אחרים), cGMP גורם לטבעות השריר החלק הוסקולרי להירגע. כאשר טבעות אלה נרגעות, הן מתרחבות והחלל של כלי הדם נעשה רחב יותר. זה מאפשר ליותר דם לזרום דרכו.

מעניין לציין שתרופות המעכבות את פירוק ה-cGMP מובילות לוזודילטציה גדולה יותר. דוגמה טובה לכך היא ויאגרה, המשמשת לטיפול באין אונות על ידי קידום זרימת דם לרקמה הזקפתית בפין.

נקודות מפתח:

• חנקן חד-חמצני מתפשט מתאי אנדותל וסקולריים בציפוי הפנימי לשריר חלק וסקולרי בשכבה האמצעית של דפנות כלי הדם.
• חנקן חד-חמצני גורם להרפיה של השריר החלק הוסקולרי.
• הרפיה של השריר החלק הוסקולרי מאפשרת לכלי הדם להתרחב ומאפשרת זרימת דם גדולה יותר.

השפעות נוספות של חנקן חד-חמצני (NO)

חנקן חד-חמצני לא רק גורם לוזודילטציה. (הרחבת כלי דם) הוא גם עוזר למנוע קרישי דם ולהפחית דלקת.

אם אי פעם חתכת את עצמך בזמן גילוח, תגלה שהדימום נפסק במהירות ונוצר קריש דם. זה בעיקר בגלל מרכיב מסוים אחד של הדם: טסיות. טסיות הן בעצם תאים קטנים בצורת צלחת שעוזרים לאטום נזק לכלי דם. הן עושות זאת על ידי הצמדות תחילה לאתרי פגיעה בציפוי הפנימי של כלי הדם (כלומר, האנדותל) ואז קשירה לטסיות אחרות ליצירת קריש.

זה שימושי לעצירת דימום (למשל, אחרי שחתכת את עצמך בגילוח). בנסיבות מסוימות, עם זאת, קרישים (הנקראים טרומבים) יכולים להיווצר בכלי דם ועורקים ולהתחיל לחסום אותם. זה עלול להפריע לזרימת הדם לאיברים ורקמות חשובים. חנקן חד-חמצני (NO) יכול לעזור למנוע זאת על ידי עצירת הטסיות מלהידבק לאנדותל הוסקולרי.

באופן דומה, חנקן חד-חמצני גם מעכב תאי דם לבנים מלהידבק לדופן כלי הדם, דבר שקורה במהלך דלקת.

נקודות מפתח

• חנקן חד-חמצני מונע מטסיות להידבק לדפנות כלי הדם.
• חנקן חד-חמצני עוזר למנוע היווצרות של קרישי דם בתוך כלי דם.
• חנקן חד-חמצני יכול לעזור למנוע דלקת בתוך דפנות כלי הדם.  

גנטיקה של ייצור חנקן חד-חמצני

כמו כמעט בכל התכונות, גם גנים וגם גורמים סביבתיים (למשל תזונה, אורח חיים) משחקים תפקיד בייצור ובתפקוד של חנקן חד-חמצני (NO).

NOS3- בכל הנוגע לגנים, וריאציות  בגן NOS3, המקודד את האנזים cNOS / NOS III (סינתאז חנקן חד-חמצני), עשויות להשפיע על כמה טוב אתה מייצר חנקן חד-חמצני. לדוגמה, כמה וריאנטים של הגן NOS3 גורמים לפעילות נמוכה של אנזים ה-NOS, מה שעשוי להוביל לרמות נמוכות יותר של חנקן חד-חמצני.

לעומת זאת, וריאנטים אחרים של הגן NOS3 עשויים לגרום לפעילות גבוהה של אנזים ה-NOS III. זה יוביל לייצור NO גדול יותר, ולזרימת דם משופרת לשרירים המתאמנים.

גנים המעורבים בייצור BH4- כפי שהוסבר קודם, אנזים ה-NOS III דורש מולקולות אחרות  כדי לתפקד ביעילות. אחד מאלה הוא BH4  וריאציה בגנים המעורבים בייצור ועיבוד של BH4 יכולה להשפיע על כמה טוב אנזים ה-NOS III שלך מייצר חנקן חד-חמצני. דוגמה לאחד מגנים אלה היא הגן GCH1.

גנים אחרים– מכיוון שגוף האדם מורכב, המסלולים הביולוגיים הקשורים לייצור חנקן חד-חמצני משולבים גם במסלולים המווסתים תהליכים אחרים: כמו מטבוליזם של חומצה פולית, בקרת רמות סידן, דלקת וכו'. כתוצאה מכך, גנים המעורבים בתהליכים אלה (למשל MTFHR, MTRR ו-MTR במטבוליזם של חומצה פולית) ישפיעו על ייצור חנקן חד-חמצני.

כיצד אוכל להגביר את רמות ה-NO שלי?

בהתאם לתוצאות תכונת חנקן חד חמצני וזרימת דם שלך בדוח הגנטי של – MaxGenes  ,ייתכן שתרצה לשפר את ייצור חנקן חד-חמצני (NO) בגופך. בתורו, זה עשוי לשפר את זרימת הדם לשרירים במהלך פעילות גופנית. ישנן מספר דרכים שונות לעשות זאת, כולל:

הגדלת צריכת מזונות עשירים בחנקות ( ניטראט ) –
ניתן ליצור חנקן חד-חמצני גם ללא האנזים NOS, מחנקות במזון. כתוצאה מכך, אסטרטגיה אחת להגברת רמות החנקן החד-חמצני שלך היא לאכול מזונות עשירים בחנקות, כמו סלק, סלרי, חסה, צנוניות ותרד, קייל ובוק צ'וי.

תוספת של L-arginine –

כפי שנקבע, תאי האנדותל הוסקולריים שלך משתמשים באנזים NOS III כדי לייצר NO מחומצת האמינו, L-arginine. הגוף שלך יכול בדרך כלל לייצר מספיק L-arginine בעצמו. עם זאת, בהתאם לתוצאות הגנים שלך, ייתכן שתפיק תועלת מנטילת תוסף L-arginine כדי להגביר את ייצור ה-NO שלך.

תוספת של L-citrulline –אחד התוצרים של יצירת NO הוא חומצת האמינו L-citrulline כפי שצוין קודם, ניתן להמיר L-citrulline בחזרה ל-L-arginine, שאז יכול לשמש ליצירת עוד NO. בהתבסס על מסלול זה, ניתן להשתמש בתוספי L-citrulline כדי לעזור בעקיפין להגביר את רמות ה-NO.

צריכת תזונה עשירה בנוגדי חמצון – 
נוגדי חמצון כמו ויטמין C, E וגלוטתיון יכולים לעזור להפחית את פירוק החנקן החד-חמצני.